基于熵权的DTOPSIS法和灰色局势决策法对云南杂交玉米新组合的评价分析

姚宗泽, 伊应良, 杨肖艳, 杨昆红, 马玉云, 张艳明, 孙 波, 李丽娟, 赵自仙, 段 忠

(1.云南省农业科学院质量标准与检测技术研究所,云南昆明 650205; 2.大理白族自治州农业科学推广研究院,云南大理 671005;3.云南省绿色食品发展中心,云南昆明 650032; 4.云南农业大学农学与生物技术学院,云南昆明 650201)

目前,主要农作物新品种审定前要进行2年区域试验和1年生产试验,通过试验对新品种进行评价,再决定是否通过。但在新品种审定过程中主要以新品种产量为依据,没有将农作物新品种的主要农艺性状作为重要考量指标,也没有用统一的分析方法对新品种各农艺性状的表现进行评价分析。所以提高除产量以外的主要性状表现在品种审定中的评价占比显得非常重要,并且探索一种比较产量的同时兼顾其他性状表现的评价方法具有必要性。本研究用基于熵权的DTOPSIS法和灰色局势决策法对53个杂交玉米材料进行评价分析,旨在分析基于熵权的DTOPSIS法和灰色局势决策法在玉米新组合评价中的应用效果,并通过对52个杂交玉米新组合作出客观准确的评价分析,为杂交玉米新组合的转化利用和种植推广提供科学理论依据。我国到目前为止,均没有统一的作物区域试验评价方法,不同农作物区域试验分析方法不同,同种农作物不同主持单位使用的评价分析方法也不尽相同[1]。当前在玉米区域试验中主要使用的分析工具有SPSS、SAS、DPS等软件[2-4],主要采用的评价方法有方差分析、AMMI模型、因子分析、主成分分析、GGE双标图法等[5-7],但这些分析软件及评价方法均存在各自的不足之处,在评价分析品种与环境互作方面有较大局限性,未能从新品种选育推广角度进行全面评价[1,8-9]。而且全国各地对玉米区域试验的数据分析大多是聚焦在品种产量上,其他性状指标对评价结果影响不大。DTOPSIS法和灰色局势决策法在玉米[10]、小麦[11-12]、大豆[13]、马铃薯[14-15]等农作物的评价分析中有广泛应用,但传统的DTOPSIS法和灰色局势决策法计算指标对目标效果贡献时采用等权赋值或根据经验进行赋值,受主观因素影响较大[16]。在已报道的相关研究中,齐建双等运用基于熵权的DTOPSIS法和灰色局势决策法对河南省玉米区域试验的18个品种进行探讨,建议玉米区域试验中采用多种评价方法相结合,在确保审定品种产量的基础上,降低品种在实际种植过程中的风险[2]。在其他作物上许多研究表明[17-18],基于熵权的DTOPSIS法和灰色局势决策法的评价结果比较客观科学,且能避免主观因素在评价分析中的影响。基于熵权的DTOPSIS法和灰色局势决策法在云南玉米杂交种上的评价应用还未有报道,本研究是有关云南玉米杂交种上应用探讨的首次报道,并且选择的材料较齐建双等[2]要更加丰富。本研究以52个杂交玉米新组合和对照品种(海禾2号)为材料,测试了53个试验材料的14个重要性状和指标,并基于熵权的DTOPSIS法和灰色局势决策法对53个杂交玉米材料进行评价分析,再结合产量性状,旨在分析2种分析方法在杂交玉米新组合评价中的应用效果,拟筛选出该52个杂交玉米新组合中综合表现俱佳的组合,为杂交玉米新组合的转化利用和种植推广工作提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本研究选用53个杂交玉米材料,均由云南高原种业玉米联合体提供,其中52个为联合体成员单位选育的杂交玉米新组合,另外1个为对照品种(海禾2号)。

1.2 试验地概述及田间设计

试验地点在云南省大理市喜洲镇六绿农业科技种植专业合作社农业基地,海拔为1 940 m,地理坐标为25.84°N,100.14°E。田块耕作层深厚,为沙壤土质,土壤酸碱度为中性,试验地排水灌溉设施条件齐全,整块土地肥力均匀且中等偏上。试验田块面积较大,为尽可能保证相同肥力,施肥时进行局部控制。试验采用随机区组设计,设置3次重复,5行区,小区面积20 m2,行距为0.8 m,行长5 m,定苗时每行留24株,种植密度60 030株/hm2。设置海禾2号为对照品种(CK),四周种植2行保护行。考虑到参试品种较多,将52个玉米新组合分为6组,每组试验中均种植对照品种。实收中间3行计产(面积为12 m2),取10包待晾干后进行考种。

1.3 性状调查

本试验需调查玉米的14个重要性状和指标,田间调查性状有5个,分别为生育期、株高、穗位高、雄穗分枝、单株有效穗;室内考种和计算的指标性状有9个,分别为穗长、穗粗、秃尖、穗行数、行粒数、百粒质量、出籽率、单穗粒质量、产量。按《云南省普通玉米联合体试验调查项目和标准》采集数据。

1.4 数据处理与分析

对照品种(海禾2号)以6组试验结果的平均值参与分析,并参考齐建双等的评价模型[2]对53个试验材料进行基于熵权的DTOPSIS法和灰色局势决策法的评价分析。基于熵权的DTOPSIS法得到的Ci值越大,通过基于熵权的灰色局势决策法得到的综合优势量化值rij越大,表示该组合越接近育种的理想目标。最后筛选出产量超过对照品种,且Ci值、rij值排名为前25%,即排名在前13的杂交玉米新组合,拟建议可以对其进行示范和推广种植。

2 结果与分析

2.1 DTOPSIS法评价结果

2.1.1 评价矩阵构建 将53个杂交玉米材料的14个指标性状表现的平均值构建成表1,品种(组合)以产量从高到低排列,即为评价矩阵A。从表1可以看出,52个杂交玉米新组合中云良11号产量最高,为16 409.85 kg/hm2,惠单6号产量最低,为 9 091.20 kg/hm2,对照品种(海禾2号)产量为 12 013.05 kg/hm2, 有31个杂交玉米新组合产量高于对照品种产量。增产最少和最多组合分别为黔农1907、云良11号,较对照品种增幅分别为0.05%、36.60%;减产最少和最多组合分别为盛禾985、惠单6号,较对照品种降幅分别为0.91%、24.32%;52个杂交玉米新组合中产量最低组合比产量最高组合减产44.60%。参试材料的生育期为111～131 d,均属于中等成熟组合,差异不大。52个杂交玉米新组合的株高为240.9～322.2 cm、穗位高为95.6～236.1 cm。

表1 53个参试杂交玉米品种(组合)各指标性状表现的平均值(矩阵A)

2.1.2 各指标性状的熵权和权重分析 根据评价矩阵A,采用夏来坤等的评价方法[19]先进行无量纲化处理,再通过计算得到14个指标性状的熵权和权重结果。由表2可知,指标秃尖的权重值最大,为0.684 1,指标出籽率的权重值最小,为 0.000 7。

表2 53个杂交玉米品种(组合)14个评价指标的熵权和权重

2.1.3 玉米参试组合理想解的相对接近度计算 53个玉米品种(组合)理想解的相对接近度结果见表3。由表3可知,Ci值最大的组合为云良10号,其产量排名第20,比对照增产,说明该组合性状表现非常好,但产量表现在本试验中不是很突出,可通过其他方式达到进一步增产的可能性非常大。Ci值排名第2至第4的3个组合产量均低于对照品种产量,说明这3个组合的环境稳定性也非常突出,但产量不达标。产量最高的云良11号,Ci值排名第8,说明该组合不仅产量高,其各性状在环境中的综合表现也不错。云良11号、聚玉5号、云良10号、鑫禾丰1号、瑞兴673和贝玉002 6个杂交玉米新组合Ci值排名在前25%,且产量均超过对照品种。

表3 53个杂交玉米品种(组合)DTOPSIS法计算结果

2.2 灰色局势决策分析结果

通过计算53个杂交玉米材料的加权综合效果测度值,即为各品种(组合)的综合优势量化值rij(表4)。结果显示:rij值最大的组合为云良10号,其产量排名为第20,比对照增产;rij值排名在第2至第4的3个组合产量均低于对照品种产量,产量不达标;产量最高的为云良11号,rij值排名也比较靠前,为第5,说明该组合不仅产量高,其各性状在环境中的综合表现也很好,比较接近育种的理想目标。云良11号、聚玉5号、云良10号、鑫禾丰1号、瑞兴673和贝玉002 6个杂交玉米新组合rij值排名在前25%,且产量超过对照品种。

表4 53个杂交玉米品种(组合)灰色局势决策法计算结果

2.3 基于熵权的DTOPSIS法和灰色局势决策法评价结果的比较分析

将53个杂交玉米材料基于熵权的DTOPSIS法得到的Ci值和灰色局势决策法得到的综合优势量化值rij作折线图(图1)。由图1可知,2条折线走势几乎一致,说明53个杂交玉米材料在2个不同的评价分析结果中的相对得分值非常接近。R2=0.984 0,说明基于熵权的DTOPSIS法和灰色局势决策法的2个评价结果间存在极显著的正相关关系。

3 讨论与结论

3.1 杂交玉米新组合的14个指标性状表现分析

参试的53个杂交玉米新品种(组合)在14个指标性状上表现非常多元化。53个杂交玉米新品种(组合)在穗长、穗粗、秃尖等性状上的平均表现也呈现多样性分布,好、中、差均有存在。由此可知,参试的53个杂交玉米新品种(组合)间存在非常明显的差异,说明试验材料间可能存在较大的遗传差异,具有不同的遗传背景,这可能也是近年来有更多的玉米种质资源被开发利用的结果[20],也说明本研究所选的材料代表性较高。

朝禾188、黔农1903、云合6号、定单1号等新品种(组合)的株高非常高,云合8号、洱之玉8859、云合6号、惠单6号等新品种(组合)的穗位高接近株高的1/2,这对品种抗倒伏非常不利,在实际情况中一般不建议推广此类品种,因为种植高穗位的品种会大大增加田间管理强度和风险。但在目前的品种审定中主要考虑品种产量,有时会忽略这种情况。秃尖指标的权重相对偏高,为0.684 1,是因为秃尖数据的分散度相对较高,范围为0.1～2.4 cm,这与吴玥等报道的结果[17]相一致。农作物性状的调查分析是作物区域试验的重要手段,也为作物新品种审定和品种推广示范提供了重要参考[21-23]。故在对新品种进行评价时,应考虑各测试性状指标的综合表现,而不是仅仅参考产量表现,这样在很大程度上会减少新品种推广种植过程中存在的风险[9]。本研究在试验设计时,由于考虑到财力物力有限,选择的材料有限,一定程度上限制了研究结果的说服力。

3.2 基于熵权的DTOPSIS法和灰色局势决策法评价结果分析

基于熵权的DTOPSIS法和灰色局势决策法评价中,53个杂交玉米材料的Ci值与rij值最高值均高于齐建双等的研究结果[2]。有的新品种(组合)产量排名相对靠前,但Ci值与rij值排名靠后,有的新组合产量排名靠后,Ci值与rij值排名却靠前;说明有些组合产量表现不错,但其他性状综合表现不佳,有些组合性状综合表现很好,产量却不达标,与齐建双等的结果[2]相似,建议此2类新品种(组合)在品种审定中不应被晋级。为降低新品种在推广种植中的风险系数,我们应该综合考量,筛选产量高及其他性状表现俱佳的新品种(组合)进行示范和种植推广[17]。

除此之外,从Ci值与rij值及其排名来看,当前在云南大多数地区玉米区域试验中选用的对照品种(海禾2号)的各性状综合表现不好,一定程度上限制了对照品种的产量表现,降低了审定时的标准。为激励广大育种工作者追求更高的育种目标,建议选择更优良的玉米杂交种作为对照品种,重新树立一个新的标杆。

本研究中,基于熵权的DTOPSIS法和灰色局势决策法的2个评价结果非常接近,同一新组合在评价结果中的Ci值比rij值小,但在53个杂交玉米材料中的排名是相对一致的。2条折线走势几乎一致,说明53个杂交玉米品种在2个不同的评价分析结果中的相对得分值非常接近。R2=0.984 0,说明基于熵权的DTOPSIS法和灰色局势决策法的2个评价结果间存在极显著的正相关关系。众多学者已经对基于熵权的DTOPSIS法和灰色局势决策法有所报道,认为该评价模型是一个比较科学、合理和有效的决策方法[17],可以将其评价结果作为农作物新组合、新品种及其他种质资源评价的重要参考依据[2]。

3.3 结论

本研究中,对照品种(海禾2号)的产量及其他性状综合表现不好,建议在云南玉米区域试验中选择更优良的玉米杂交种作为对照品种,以提高玉米新品种审定标准。基于熵权的DTOPSIS法和灰色局势决策法对杂交玉米新品种(组合)的2个评价结果高度吻合,建议在进行玉米区域试验、品种审定及品种示范推广参考产量的同时,将基于熵权的DTOPSIS法和灰色局势决策法评价结果作为考量新品种综合表现的重要参考依据。根据52个杂交玉米新组合的产量及其他性状的综合表现,可以将云良11号、聚玉5号、云良10号、鑫禾丰1号、瑞兴673和贝玉002 6个杂交玉米新品种(组合)进行推广示范。